Instituto Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Ingeniería Forestal
Intercepción de lluvia en tres estadios sucesionales del Bosque seco
Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica
Tesis para optar por el grado de Licenciado en Ingeniería Forestal
César Jiménez Rodríguez (B.Sc.)
Cartago, Costa Rica. 2010
Intercepción de lluvia en tres estadios sucesionales del Bosque Seco Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica
Resumen
Se realizaron medidas sobre la lluvia incidente, el flujo de copas, el flujo de fustes y la intercepción de mantillo en tres estadios sucesionales de Bosque seco Tropical en el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. Tres parcelas permanentes de medición de 1000m2 cada una, fueron establecidas para determinar la intercepción total de lluvia en cada estadio sucesional. La composición florística y la estructura de los estadios expresada por el Índice de Complejidad de Holdridge [ICH], Índice de Área Vegetal [IAV] y la Cobertura de Copas [CC] aumentan conforme se avanza en los estadios sucesionales. El periodo de muestreo fue de 53 días, registrando una precipitación total de 327,22mm, 272,06mm y 471,29mm para el estadio temprano, intermedio y tardío respectivamente. La intercepción total de la lluvia mostró diferencias estadísticas entre estadios, en donde el 20,99% de la precipitación incidente es retenida por el estadio temprano, el 40,99% por el intermedio y el 55,87% por el tardío. El flujo de fustes para todos los estadios es menor a un 1% de la lluvia mientras que la intercepción de mantillo es menor a un 2,5%. La intercepción total se correlacionó linealmente con el IAV, aumentando conforme se incrementa el área foliar de cada estadio sucesional. Las diferencias mostradas por la intercepción de lluvia de cada estadio sucesional, predicen que se debe tratar de forma independiente los análisis hidrológicos en cada tipo de bosque secundario de Bosque seco Tropical.
Palabras Clave: Flujo de Fustes, Flujo de Copas, Flujo de Mantillo, Hidrología Forestal, Bosque Secundario.
Rainfall interception in three forest stages of Tropical dry Forest. Santa Rosa National Park, Costa Rica.
Abstract
Rainfall, throughfall, stemflow and litter interception were measured in three sucesional stages of Tropical dry Forest in Santa Rosa National Park, Costa Rica. Three permanent plots of 1000m2 were used to estimate total Rainfall Interception (RI). The floristic composition and forest structure were described using the Holdridge Complexity Index [HCI], Vegetal Area Index [VAI-Licor-2000] and Canopy Cover [CC in %]. Al these indices increased with the maturity of each sucesional stage. The sample size was of 53 days, with a sampled total rainfall range of 327,22 mm, 272,06 mm and 471,29 mm for early, intermediate and late forest stage respectively. The RI in the early forest was around 20,99%, 40,99% in the intermediate and 55,87% in the late stage. The stemflow was less than 1% of the incident rainfall and the rain interception by the litter layer was around 2%. The RI increased linearly with the VAI. By the differences observed among sucesional stages of Tropical dry Forest it is recommended to evaluate independently each forest stages for futures studies.
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Key Words: Rainfall interception, stemflow, throughfall, Litter-interception, tropical dry forest.
Intercepción de lluvia en tres estadios sucesionales del Bosque Seco Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica
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Tesis para optar por el grado de Licenciado en Ingeniería Forestal
Miembros del tribunal
___________________________ Julio Calvo Alvarado, Ph.D. Escuela de Ingeniería Forestal
Profesor Guía
____________________________ ____________________________
Bráulio Vilchez Alvarado, M.Sc. Dagoberto Arias Aguilar, Ph.D.
Escuela de Ingeniería Forestal Escuela de Ingeniería Forestal
Dedicatoria
A mis Padres.
Quienes con su esfuerzo y ejemplo, forjaron mi futuro al brindarme las mejores herramientas para labrar mi vida.
Agradecimientos
A mis padres y hermanos quienes me alentaron a continuar con mi formación.
A Cristian Baltodano quien con su esfuerzo me facilitó la toma de datos.
A mi novia Andrea Molina Alcázar y a mis amigos Pablo Artavia, Dinia Rojas y Allan Montoya, quienes me impulsaron y apoyaron en todo momento.
A mi tutor Julio Calvo Alvarado, que me brindo nuevamente la oportunidad de trabajar con él.
A todo el personal del Área de Conservación Guanacaste, quienes me apoyaron durante todo el periodo de estudio.
Al Water Stroud Research Center y al proyecto Tropi-Dry por proporcionarme el financiamiento y la oportunidad de desarrollar mi tesis.
Intercepción de lluvia en tres estadios sucesionales del Bosque Seco Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica
Rainfall interception in three forest stages of Tropical Dry Forest. Santa Rosa National Park, Costa Rica
Índice General
Resumen ... i
Abstract ... ii
Miembros del tribunal ... iii
Dedicatoria ... iv
Agradecimientos ... v
Índice General ... vi
Índice de Cuadros ... viii
Índice de Figuras... ix
Índice de Anexos... xi
Introducción ... 1
1.1 Bosques secos Topicales [Bs-T] ... 2
1.2 Sucesión Secundaria de Bs-T en Costa Rica ... 4
1.3 Hidrología de Ecosistemas Forestales ... 5
1.3.1 Importancia de la Intercepción de Precipitación ... 7
1.3.2 Intercepción de Precipitación ... 7
1.3.3 Síntesis climática del PNSR ... 9
2.1 Objetivo General ... 11
Metodología ... 12
3.1 Descripción del sitio. ... 12
3.2 Diseño experimental ... 13
3.2.1 Precipitación a Cielo Abierto ... 14
3.2.2 Precipitación de copas ... 15
3.2.3 Escorrentía de Fustes ... 15
3.2.4 Flujo de Mantillo ... 15
3.2.5 Variables Estructurales Complementarias ... 17
3.3 Colecta de datos ... 18
3.4 Análisis de datos... 19
3.4.1 Estructura y Composición Florística ... 19
3.4.2 Intercepción de precipitación ... 20
3.4.3 Análisis Estadístico ... 21
Resultados ... 23
4.1 Estructura y Composición Florística ... 23
4.2 Intercepción de Precipitación ... 26
Discusión ... 31
5.1 Intercepción de precipitación versus Estadios sucesionales ... 31
5.2 Modelos de Regresión y Estimación del Error ... 35
5.3 Consideraciones Finales ... 37
Conclusiones ... 40
Recomendaciones ... 41
Bibliografia ... 42
Índice de Cuadros
Cuadro 1. Descripción de tres estados sucesionales en el bosque seco tropical del Parque Nacional Santa Rosa (200-300msnm). ... 6 Cuadro 2. Descripción florística y estructural de tres estadios sucesionales de Bosque Seco
Tropical. Parque Nacional Santa Rosa. Costa Rica. ... 13 Cuadro 3. Índices aplicados en el análisis de las parcelas establecidas en el estudio. ... 20 Cuadro 4. Ecuaciones de coeficiente de variación (CV%), error de muestreo (E(1-α) y E%(1-α)) y tamaño de muestra (n) utilizadas para valorar la precisión en la estimación del
coeficiente de precipitación de copas del bosque secundario. ... 22 Cuadro 5. Índice de Valor de Importancia para las 10 especies con mayor valor de IVI en los
tres estadios de sucesión en el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 24 Cuadro 6. Índice de Shannon [H’], Índice de Complejidad de Holdridge [ICH], Índice de Área
Vegetal [IAV], Cobertura de Copas (CC) y Biomasa de Mantillo [B.M.] para tres estadios sucesionales de Bosque seco tropical en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. ... 26 Cuadro 7. Porcentajes de intercepción de lluvia segmentada en: flujo de copas, flujo de fuste,
flujo de mantillo e intercepción total para tres estadios sucesionales de Bosque seco Tropical en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. ... 33
Índice de Figuras
Figura 1. Distribución de la precipitación media anual y de las relaciones de Bosque seco Tropical en Costa Rica. ... 3 Figura 2. Diagrama conceptual de la intercepción de precipitación en ecosistemas forestales.
... 9 Figura 3. Distribución de años húmedos y secos del parque Nacional Santa Rosa por medio del análisis de la precipitación media móvil. ... 10 Figura 4. Ubicación de las parcelas permanentes de muestreo del proyecto Tropi-Dry dentro del Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. ... 14 Figura 5. Instrumentos empleados para la cuantificación de los diferentes factores que afectan la intercepción de lluvia. ... 16 Figura 6. Diseño de muestreo para la medición del IAV en tres estadios sucesionales de bosque seco tropical empleando el LAI-meter 2000. ... 18 Figura 7. Diseño de muestreo para la medición de la cobertura de copas con el Densiómetro Esférico Modelo C en los tres estadios de bosque sucesional seleccionados. ... 19 Figura 8. Representación matricial de los coeficientes de similitud de Jaccard [Cj] para tres estadios de sucesión de de Bosque Seco Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 25 Figura 9. Distribución de la densidad (n ha-1) por categoría diamétrica para tres estadios de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica... 25 Figura 10. Distribución del flujo de copas en función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 28 Figura 11. Distribución del flujo de fustes en función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 29 Figura 12. Distribución del flujo de mantillo en función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 30
Figura 13. Correlaciones entre las variables estructurales complementarias y el flujo e intercepción total para cada uno de los estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 34 Figura 14. Porcentajes de error en la estimación de la precipitación de copas de tres estadios sucesionales de Bosque seco Tropical en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. ... 37 Figura 15. Distribución espacial de la cobertura de copas (%) en tres estadios sucesionales de Bosque seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. 39 Figura 16. Representación esquemática de las principales correlaciones existentes entre la estructura y la intercepción de lluvia para Bosques secos Tropicales en Costa Rica. ... 39
Índice de Anexos
Anexo 1: Representación esquemática del área de copas real y promedio de los árboles seleccionados para medir la escorrentía de fustes. ... 51 Anexo 2. Índice de valor de importancia para las especies del estadio de sucesión temprano
en el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica... 52 Anexo 3. Índice de valor de importancia para las especies del estadio de sucesión intermedio
en el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica... 52 Anexo 4. Índice de valor de importancia para las especies del estadio de sucesión tardío en
el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. ... 53 Anexo 5. Distribución en los estados sucesionales de las cinco especies con mayor valor de
IVI para tres estadios de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. ... 53 Anexo 6: Análisis de varianza para las regresiones lineales del flujo de copas en función de
la precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 54 Anexo 7: Estadísticos para las regresiones lineales del flujo de copas en función de la
precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 54 Anexo 8: Coeficientes para las regresiones lineales del flujo de copas en función de la
precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 54 Anexo 9: Análisis de varianza para las regresiones lineales del flujo de fustes en función de
la precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 55 Anexo 10: Coeficientes para las regresiones lineales del flujo de fustes en función de la
precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 55 Anexo 11: Coeficientes para las regresiones lineales del flujo de fustes en función de la
precipitación bruta observada en tres estadios sucesionales. ... 55 Anexo 12. Frecuencia de eventos de lluvia y precipitación acumulada para la estación
meteorológica del Parque Nacional Santa Rosa. ... 56 Anexo 13: Recopilación bibliográfica de estudios sobre intercepción de precipitación a nivel
Introducción
La clasificación y/o caracterización de los ecosistemas y bio-regiones es indispensable para la planificación del manejo de los recursos disponibles en un área determinada. La descripción de bio-regiones en Costa Rica se ha basado principalmente en dos metodologías: el Sistema de Clasificación de Zonas de Vida de Holdridge [ZVH] (Holdridge, 1967) ampliamente utilizada a nivel nacional y la Bio-Regionalización realizada por Gómez-Pignataro y Herrera (1986) asentada en las asociaciones vegetales de los diferentes ecosistemas.
Holdridge (1967) clasifica estos ecosistemas como Bosque seco Tropical [Bs-T], que junto con dos asociaciones determinadas por el régimen de bio-temperatura y precipitación media anual [principales variables para su clasificación] le brindan un carácter transicional a húmedo y viceversa. Otros autores se refieren a las asociaciones presentes en estas mismas zonas geográficas como bosques deciduos o semideciduos debido a la pérdida estacional de follaje (Holdridge et al., 1971; Gómez-Pignataro y Herrera 986). Ambos enfoques hacen hincapié en factores edáficos, geomorfológicos y climáticos que determinan la distribución de este tipo de ecosistemas.
La clasificación de Bs-T de Holdridge (1967), combina las asociaciones vegetales de bosques deciduos, semideciduos y sabanas descritas por Gómez-Pignataro y Herrera (1986), con lo cual se logra abarcar un conjunto de ecosistemas bajo un mismo régimen climático.
Costa Rica se caracteriza por poseer una amplia distribución de lluvias en todo el territorio (Figura 1), estas oscilan entre 1400mm y 8500mm anuales. Es importante destacar que la región con menor precipitación es el pacífico noroeste costarricense (Gómez-Pignataro y Herrera, 1986), donde se presenta una estación seca prolongada de hasta 6 meses.
1.1 Bosques secos Topicales [Bs-T]
Los bosques secos tropicales [Bs-T] son ecosistemas caracterizados por presentar bio-temperaturas anuales mayores a 17° C, con un régime n de precipitación que oscila entre los 500mm a los 2000mm anuales y con un periodo seco de 4 a 6 meses con poca a ninguna precipitación (Holdridge, 1967; Kalacska et al., 2004). Este ecosistema es considerado como uno de los más representativos de la costa pacífica centroamericana (Janzen, 1988).
La estacionalidad de lluvias en los Bs-T es una fuerza ecológica dominante debido a los patrones de reproducción y crecimiento de muchas especies vegetales y animales que dependen principalmente de la disponibilidad de humedad durante ciertas épocas del año (Murphy y Lugo, 1986).
En Costa Rica, los Bs-T son mayormente transicionales al bosque húmedo, con algunos sectores puros de bosque seco alrededor de los Parques Nacionales Palo Verde y Santa Rosa (Bolaños y Watson, 1993). Según la descripción del mapa de zonas de vida (Bolaños y Watson, 1993), los bosques secos de Costa Rica en su condición natural inalterada, alcanzan una altura de 20 a 25 metros, la mayoría de sus especies son deciduas durante la estación seca, con fustes mayormente cortos, proporcionalmente gruesos y macizos. Estos bosques típicamente tienen epifitismo limitado (Zotz y Andrade, 2002), poseen dos estratos, son poco densos; muchas de sus especies tienen cortezas ásperas y algunas aguijones o espinas como defensas físicas (Barone y Coley, 2002).
Las presiones económicas y antropogénicas sufridas por los Bs-T, los convirtieron en uno de los ecosistemas más deforestados y menos protegidos de Costa Rica y de la región centroamericana (Janzen, 1988; Quesada y Stoner, 2004; Calvo-Alvarado et al., 2009); sin embargo los cambios en la estructura y dinámica socioeconómica en Costa Rica, han causado un proceso de abandono de tierras dedicadas a la ganadería para ser restaurados naturalmente con bosques secundarios (Kalascska et al., 2004). Este proceso de restauración ha cambiado el paisaje de esta región con un aumento notable de la extensión de bosques de diferentes edades o estados sucesionales.
Debido a la simplicidad del ecosistema Bs-T y a la alta capacidad de rebrote de las especies arbóreas presentes, se considera que la resiliencia de los Bs-T después de un disturbio es mayor a la de los Bosques húmedos Tropicales [Bh-T] (Murphy y Lugo, 1986) facilitando el alcanzar más rápidamente el estado de madurez en bosques secos. Esta simplicidad es mostrada principalmente por la baja diversidad de especies arbóreas (Murphy y Lugo 1986), alcanzando los mayores índices de diversidad después de los 15 años de sucesión (Heinrich y Hurka, 2004).
Figura 1. Distribución de la precipitación media anual y de las relaciones de Bosque seco Tropical en Costa Rica.
Por otra parte, la complejidad estructural mostrada por los Bs-T ha sido registrada como menor en relación a los Bh-T; donde parámetros como el Índice de Complejidad de Holdridge [ICH] muestra valores más elevados (Murphy y Lugo, 1986).
La importancia de la precipitación en la ecología y crecimiento de los Bs-T, se ve incrementada por la presión ejercida por el desarrollo humano en las fronteras de estos ecosistemas. Y si se considera la simplicidad de la estructura de los mismos, sería de
amplia importancia determinar el efecto estructural de los bosques secundarios sobre las tasas de intercepción de precipitación del dosel de los Bs-T.
1.2 Sucesión Secundaria de Bs-T en Costa Rica
La sucesión secundaria de Bs-T inicia con el cambio de la cobertura boscosa a otros usos tales como ganadería, cultivos agrícolas o asentamientos humanos; modificaciones provocadas por motivos económicos, sociales, naturales o por combinaciones de los mismos (Sanchez-Azofeifa, 2000; Kleinn et al., 2002; Read y Lawrence, 2003).
Costa Rica experimentó una gran disminución de su masa forestal desde un 67% de cobertura en 1940 (Sader y Joyce, 1988) a un 29% en 1991 (Sanchez-Azofeifa, 2000); siendo los Bs-T los primeros en ser afectados por estos procesos de deforestación (Sader y Joyce, 1988); lo anterior produjo un cambio en la estructura y dinámica socioeconómica del pacífico noroeste de Costa Rica, lo que causo el abandono de tierras ganaderas que se han restaurado de forma natural con bosques secundarios (Arroyo et al., 2005, Kalascska et al., 2004). Estos cambios generan una variación en la riqueza de flora y fauna, así como un cambio estructural que podría influenciar otros aspectos relacionados con la dinámica biofísica de los sitios.
La provincia de Guanacaste (Nor-Oeste de Costa Rica) experimentó una disminución en sus actividades económicas como la caña de azúcar y el café entre los periodos 1950-1963 y 1963-1973. Posteriormente, la caña de azúcar experimentó un aumento de un 27,93%, mientras que la ganadería y el café mostraron una reducción cercana a un 2% (Costa Rica, 1995; Sanchez-Azofeifa, 2000).
La caída en los precios de la carne a finales de la década de 1970, implicó el abandono de muchas tierras ganaderas, unido esto a la creación de los Parques Nacionales Santa Rosa [PNSR] en 1971 (DE-1562-A) y Guanacaste [PNG] en 1991 (DE-20516) incentivó el aumento de bosques secundarios en las áreas de Bs-T.
La creación de ambos parques nacionales aumentó la cobertura boscosa en la región, produciendo un aumento de 4,22 km2 de bosques secundarios dentro del PNG entre 1986 y 1997 y una reducción de la deforestación en las zonas de amortiguamiento desde 1960 hasta 1997 (Sanchez-Azofeifa et al., 2003).
La reducción de la deforestación y el aumento de los bosques secundarios implican cambios florísticos y estructurales en los Bs-T, los cuales en su condición inalterada poseen una altura de 20m a 50m, con dos estratos verticales poco densos y especies vegetales con aguijones y cortezas ásperas (Bolaños y Watson, 1993; Bolaños et al., 2005).
Para conducir adecuadamente los estudios en bosques secundarios, es imprescindible definir los estadios de bosque secundario a estudiar. Muchas investigaciones conocen con exactitud la edad de abandono del bosque (González, 2002; Spittler, 2002; Heinrich y Hurka, 2004; Hernández-Salas et al., 2002; Read y Lawrence, 2003); no obstante los cambios florísticos y estructurales dirigidos por la compleja dinámica de los Bs-T (Ewel, 1980; Brown y Lugo, 1990); cuya regeneración de especies es influenciada por factores ambientales específicos (Clark y Clark, 1987) aumentan la heterogeneidad de especies en estructuras de bosque secundario con edades similares.
Las grandes perturbaciones ocasionadas a los Bs-T durante la historia, generó una ausencia en la actualidad de Bs-T prístinos en Costa Rica, razón por la cual la composición de especies de un bosque “prístino” es impredecible (Heinrich y Hurka, 2004). Kalacska (2004) utiliza el NDVI1 para caracterizar tres estructuras de Bs-T secundario en Costa Rica (Cuadro 1) homogenizando estructuralmente a los bosques secos tropicales en tres fases de sucesión, independientemente de los requerimientos lumínicos de las especies presentes o bien de la edad de sucesión del bosque.
1.3 Hidrología de Ecosistemas Forestales
El principio fundamental de la hidrología se basa en el ciclo hidrológico (Maidment, 1992), el cual se caracteriza por el continuo movimiento del agua, desde los océanos en forma de
vapor hacia tierra firme; precipitándose como lluvia, nieve, granizo y neblina; evaporándose nuevamente en algunos casos, retenida en el suelo y/o movilizándose bajo la superficie y sobre ella en una red de canales que confluyen hacia un punto en común: “los océanos” (Maidment, 1992; Davis y DeWiest, 1966). Toda esta actividad es mantenida por el sol y dirigida por la gravedad, en un interminable sistema cerrado.
Cuadro 1. Descripción de tres estados sucesionales en el bosque seco tropical del Parque Nacional Santa Rosa (200-300msnm).
Estadio Sucesional Dosel Rango de NDVI Descripción Temprano 1 estrato, 6m de altura media.
0,43-0,58 Alto porcentaje de árboles deciduos, con muchos arbustos, árboles pequeños con pastos y presencia de suelo desnudo en áreas abiertas.
Intermedio 2 estratos, 10m de altura media.
0,58-0,70 Estrato superior compuesto por especies deciduas de rápido crecimiento. El segundo estrato está compuesto por lianas y especies tolerantes a la sombra.
Tardío 2 estratos, 30m de altura media.
0,70-0,83 Regeneración de especies tolerantes a la sombra. Una pequeña cantidad de luz alcanza el piso forestal. Existen especies siempre verdes con copas traslapadas que forman un dosel continuo.
Fuente: Kalacska et al. 2004.
No obstante, esta compleja maquinaria hídrica puede ser subdividida en un interminable e intrincado mapa conceptual de terminología y redes; donde la simplificación en los estudios es indispensable para el entendimiento macro de todos los procesos hidrológicos que acontecen en pequeña escala.
Teniendo en cuenta la importancia de la precipitación en los Bs-T por su estacionalidad (Murphy y Lugo 1986) y la influencia de la vegetación en las tasas de evaporación y transpiración (Cavelier y Vargas 2002); se denota la importancia de la vegetación sobre el movimiento del agua dentro del bosque. Un estudio sobre tasas de intercepción en distintos tipos de vegetación provee información clave para las estimaciones de erosión que utilizan factores de cobertura vegetal como la Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (Hewelt,
1969; Calvo Alvarado, 1999; Shen y Julien, 1993), enfocándonos principalmente en el efecto hidrológico del cambio de uso del suelo (Calder, 1993).
1.3.1 Importancia de la Intercepción de Precipitación
El movimiento de la precipitación a través de la estructura vertical del bosque afecta las cantidades de agua que llegan efectivamente al suelo mineral. Un porcentaje de este volumen de agua es retenido en las diferentes especies y estructuras vegetales, las cuales poseen una capacidad de almacenamiento específica de agua. Al volumen de agua retenida en estas estructuras se denomina intercepción de precipitación (Dabral y Subra Rao, 1968; Fallas, 1996; Tobón-Marin, 2000).
La intercepción de la precipitación aumenta el tamaño de las gotas de agua reduciendo su velocidad, por lo que el impacto sobre el suelo es mínimo (Casey, 1996; Calvo, 1999), esto resulta en una disminución de la erosión y pérdida de nutrientes del piso forestal. Por otra parte, dada la importancia del agua para los ecosistemas vegetales y teniendo en consideración las características de los Bs-T, altas retenciones de humedad por parte del dosel aumentarían las pérdidas por evapotranspiración.
1.3.2 Intercepción de Precipitación
La intercepción de la precipitación incluye procesos que afectan la deposición y almacenamiento de la precipitación en la superficie de las plantas (Fallas 1996), esta intercepción depende de la frecuencia, cantidad y volumen de las precipitaciones (Casey, 1996; Cavelier y Vargas, 2002; Dabral y Subra Rao, 1968). Su importancia radica en que este componente es necesario para cuantificar las pérdidas en el balance hídrico de un lugar (Huber y Oyarzun, 1990) ya que influyen directamente en las tasas de evapotranspiración de los ecosistemas forestales.
Este componente del ciclo hidrológico ha sido subdividido por varios autores en intercepción de copas, escorrentía de fuste, precipitación de copas, intercepción total y perdidas por
evaporación (Tobón-Marin et al., 2000; Cavelier y Vargas, 2002; Filoso et al, 1999; Staelens et al, 2003) mostrando la importancia de la estructura de los bosques en los estudios de hidrología forestal (Tobón-Marín et al., 2000).
La figura 2, muestra una recopilación de los diferentes factores vegetales y físicos que influyen en la intercepción de ecosistemas forestales. Los aportes considerados como precipitación bruta involucran: lluvia, neblina, granizo, nieve, etc. La precipitación de copas contempla las gotas de agua que se precipitan a través de los espacios libres del dosel, del goteo de las hojas y parte de las ramas; este componente debe de ser contemplado como el aporte del dosel, siendo un elemento estructural del bosque compuesto por ramas, hojas, epífitas, musgos y demás componentes que facilitan la caída del agua al piso del bosque (Fallas, 1996; Lloyd y Marques, 1988; Smith, 1993; Tobón-Marin et al., 2000).
El agua que se escurre por los troncos de los árboles se conoce como escorrentía de fustes y representan un aporte de agua interceptada por las copas y movilizada por gravedad a través del tronco (Fallas, 1996; Smith, 1993). El flujo de mantillo corresponde al agua que llega efectivamente al suelo y que se mueve a través de esta capa de materia orgánica, la cual logra retener parte del agua que llega al piso forestal (Figura 2).
Figura 2. Diagrama conceptual de la intercepción de precipitación en ecosistemas forestales.
1.3.3 Síntesis climática del PNSR
Los regímenes de lluvias pueden cambiar año con año, dependiendo de la influencia de los fenómenos climáticos globales (Meza-Ocampo, 2001) lo que implica cambios estacionales en los ecosistemas de Bosque seco Tropical. El PNSR posee datos climáticos desde 1979, registrando satisfactoriamente la variabilidad climática desde ese periodo. Por medio de la metodología de análisis de medias móviles se pueden observar las tendencias climáticas observadas en el PNSR. El PNSR tiene un registro total de 29 años completos de medición [hasta mayo 2009], se observa un periodo seco extenso que abarca más de diez años entre 1984 a 1996, en el cual se observa un aumento de los años húmedos respecto al promedio (Figura 3).
Precipitación bruta Evaporación
Intercepción del Dosel
Goteo del dosel + Precipitación libre Precipitación de copas Escorrentía de fustes Evaporación Evaporación Intercepción del Mantillo Piso Forestal ) ) ((P I E Ev OF P Ineta = − c− m + f + +
Ineta: Intercepción neta de la precipitación P: Precipitación bruta Pc: Precipitación de copas Ef: Escorrentía de fustes Im: Intercepción de mantillo Ev: Evaporación
OF: Otros factores
Ecuación 1
Los últimos diez años de precipitación registrados en el Parque Nacional Santa Rosa, muestran una tendencia que aumenta hacia años húmedos, con una precipitación media anual de 1958,34 distribuidos en 136 días de lluvia. Las frecuencias medias de los eventos en los últimos 10 años, muestran que el 66% de los eventos registrados corresponden a lluvias menores a 10mm de intensidad en 24 horas de medición; acumulando el 12% de la precipitación media anual de ese periodo. Es importante destacar que más de la mitad de la precipitación media anual se registra con eventos menores a 50mm a lo largo de los últimos 10 años de registro. Los eventos mayores a 70mm existen para el sector PNSR, no obstante la frecuencia es menor a un 1% por categoría.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Año de medición P re ci p it a ci ó n ( m m ) .
Precipitación Promedio anual Media Móvil
Precipitación anual
Figura 3. Distribución de años húmedos y secos del parque Nacional Santa Rosa por medio del análisis de la precipitación media móvil.
Objetivos
2.1 Objetivo General
→ Estimar la intercepción de la precipitación de tres estadios sucesionales del Bosque Seco Tropical en Costa Rica.
2.2 Objetivos Específicos
→ Caracterizar estructural y florísticamente los estados sucesionales.
→ Medir la intercepción total de la precipitación, con base en el flujo de fustes, la intercepción de copas y mantillo para tres estadios sucesionales: temprano, intermedio y tardío.
→ Comparar la intercepción entre estadios de sucesión en función de las características estructurales del bosque.
→ Desarrollar modelos de regresión lineal que permitan estimar la intercepción de copa y mantillo en función de la lluvia diaria.
Metodología
La hipótesis principal del presente estudio es evaluar si existen diferencias significativas entre la intercepción de precipitación de tres estadios sucesionales de Bosque seco Tropical; y tratar de corroborar si existe una influencia de las características estructurales de los bosques que puedan explicar las posibles diferencias.
Este ensayo se estableció dentro del proyecto “Valoración y planificación recurso hídrico de la cuenca alta del Río Tempisque” conducido por la Escuela de Ingeniería Forestal en conjunto con el “Stroud Water Research Center”2.
3.1 Descripción del sitio.
El estudio se realizó en el Parque Nacional Santa Rosa, creado mediante la Ley 3694 del 01 de Julio de 1966, con una extensión de 38.674,0 has terrestres. El parque contiene parte de la zona de vida Bosque seco Tropical (Bs-T) de Costa Rica; con suelos clasificados como Usthorthent según la normativa la taxonomía de suelos del USDA; y una formación geológica con rocas predominantes de tipo Ignimbritas del cuaternario y plioceno según el Mapa Geológico de Costa Rica (Ortiz, 2008).
En este Parque Nacional se establecieron 12 parcelas permanentes de muestreo en cuatro etapas sucesionales de Bs-T: pasto, bosque temprano, bosque intermedio y bosque maduro o tardío (Figura 4). Estas parcelas han sido establecidas por el Proyecto Tropi-Dry3, el cual es conducido por la Escuela de Ingeniería Forestal del Instituto Tecnológico de Costa Rica y la Universidad de Alberta, Canadá.
2
Long-Term Research in Environmental Biology: Streams of the ACG [http://www.stroudcenter.org/research/ltreb/costarica/index.htm]
3
TROPI-DRY: “Dimensiones Humanas, Ecológicas y Biofísicas de los Bosques Secos Tropicales”; proyecto desarrollado por una red de investigación respaldada por el Inter-American Institute for Global Change Research (IAI) CRN II # 021, y financiada por el US National Science Foundation (Grant GEO-0452325).
Cada parcela tiene un área de 1.000,0 m2 (50 m x 20 m); en cada unidad de muestreo se registraron todos los individuos con un diámetro superior a 5,0 cm empleando cinta diamétrica, se midieron las alturas totales (m) con el uso de vara telescópica, diámetros de copa (m) por medio de la proyección horizontal en cruz de la misma y la posición y forma de copa, según Synnott (1979).
De las parcelas establecidas, se escogieron dos que poseen ubicaciones que permiten la fácil medición de lluvia a cielo abierto. Se seleccionó una parcela de estadio temprano (parcela CR1E2, N 10,86998° - W 85,59640°), con una altura dominante de 7,13m; una densidad de árboles de 720 nha-1, área basal de 6,25 m2ha-1; y una alta dominancia de las especies Rhedera trinervis y Cochlospermum vitifolium (290 nha-1 y 200 nha-1 respectivamente). La segunda parcela seleccionada corresponde al estadio maduro (Parcela CR1L1, N 10,85085° - W 85,60775°), present a una dominancia de Sesbania emerus y Exostema mexicanum (700 nha-1 y 240 nha-1 respectivamente); con un área basal de 30,62 m2ha-1 y una altura dominante de 17,3 m. Para el estadio intermedio, se decidió establecer una nueva parcela dado que las tres parcelas disponibles del proyecto Tropi-Dry presentan serias limitaciones para la medición de lluvia a cielo abierto. La parcela del estadio intermedio (Parcela CR1I4, N 10,85403° - W 85,60845°) tiene una densidad de 1990 nha-1 y un área basal de 23,17 m2ha-1 y es dominada por las especies Rhedera trinervis y Semialarium mexicanum.
Cuadro 2. Descripción florística y estructural de tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa. Costa Rica.
Estadio Composición Florística Área Basal Densidad
Altura Dominante Familias Especies (m2 ha-1) (n ha-1) (m) Temprano 10 13 6,25 720 7,13 Intermedio 10 17 23,17 1990 12,00 Maduro 28 45 30,62 1860 17,3 3.2 Diseño experimental
En el establecimiento de los ensayos, se utilizaron embudos con diámetros en función de las necesidades de cada variable, y recipientes capaces de almacenar volúmenes de agua
cercanos a un evento de 150mm de intensidad en 24 horas de colecta. Se ubicó un pluviómetro para recaudar la precipitación a cielo abierto por parcela, 40 para la el flujo de copas, 12 para el flujo de mantillo y cuatro árboles para recolectar el flujo de fustes.
Figura 4. Ubicación de las parcelas permanentes de muestreo del proyecto Tropi-Dry dentro del Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica.
3.2.1 Precipitación a Cielo Abierto
En cada parcela seleccionada se instaló un pluviómetro a cielo abierto. Estos fueron elaborados con ductos de plástico para conectar el embudo colector con el recipiente de almacenamiento (Figura 5); este sistema permitió realizar las mediciones de forma ágil cerca de las parcelas. En la parcela temprana, el pluviómetro a cielo abierto se ubicó en un área abierta dentro de la parcela; en la intermedia, el pluviómetro se ubicó a 25 m de distancia en un claro con pastos aledaño al bosque y en la parcela Madura, el pluviómetro se colocó en un árbol de Quercus oleoides dentro de la parcela, situando el embudo a 2m sobre el dosel del bosque.
3.2.2 Precipitación de copas
En cada parcela se distribuyeron de forma aleatoria 40 pluviómetros de 415,47 cm2 (11,5 cm de diámetro); estos colectaron diariamente el agua que fluyó directamente de las copas al piso del bosque (Figura 5). Para mejorar la estimación de esta variable, se procedió a reubicar los pluviómetros cada 5 eventos en nuevas posiciones dentro de la parcela, con la finalidad de disminuir el error aportado por la alta variabilidad en la distribución horizontal de las copas, siguiendo las recomendaciones de Skau (1964) y Tobón-Marin et al. (2000).
3.2.3 Escorrentía de Fustes
Se seleccionaron cuatro árboles por parcela para colectar la escorrentía de fustes. Los árboles fueron seleccionados en base a su distribución diamétrica. Se eligieron los árboles cercanos a los percentiles 20, 40, 60 y 80 de la distribución diamétrica de cada parcela. El flujo de agua fue colectado por medio de un ducto plástico adherido al fuste en forma de espiral, y unido al mismo por medio de 3 clavos de aluminio (Figura 5) y utilizando un sellador adhesivo de silicona para evitar la pérdida de agua en las mediciones.
3.2.4 Flujo de Mantillo
El flujo de mantillo se analizó bajo condiciones representativas en cada sitio; considerando la variación que pueda presentar el mantillo (Figura 5). Para esto se realizó un estudio preliminar de biomasa de mantillo en cada parcela.
3.2.4.1 . Estudio preliminar de biomasa de mantillo: Se tomaron 20 muestras de mantillo al azar en cada parcela para obtener la biomasa media por metro cuadrado de cada parcela (gm-2). De estas muestras se determinó el promedio y la desviación estándar de biomasa de mantillo; seleccionando en cada parcela nueve muestras que representen la variación dentro de las mismas.
3.2.4.2 . Ensayo de intercepción de mantillo: Se prepararon estructuras de madera con cuatro aberturas para apoyar 4 embudos de 15,3cm de diámetro en cada una de ellas. En cada embudo se colocó una malla de cedazo plástico de 2mm como plataforma para color la muestra de mantillo. Tres de los embudos se emplearon para medir el flujo del agua que pasa por el mantillo con la siguiente distribución: uno con la media de biomasa, otro con la media de biomasa más una desviación estándar y otra con la media de biomasa menos una desviación estándar, todo con el propósito de caracterizar mejor el impacto de variación del mantillo en la intercepción. El cuarto embudo se empleó como control para medir la precipitación de copa en cada punto de muestreo (Figura 5).
Precipitación a Cielo Abierto Precipitación de copas
Escorrentía de Fustes Flujo de Mantillo
Figura 5. Instrumentos empleados para la cuantificación de los diferentes factores que afectan la intercepción de lluvia.
3.2.5 Variables Estructurales Complementarias
Para complementar el análisis estadístico, se midieron y estimaron en cada una de las parcelas algunas variables estructurales tales como: Índice de Área Vegetal (IAV [ m2m-2]), la cobertura de copas (%) y el Índice de Complejidad de Holdridge.
3.2.5.1 . Índice de Área Vegetal: El área vegetal de las parcelas varía en los bosques estacionales con el aumento de la precipitación debido al crecimiento de las hojas. Para describir los cambios de esta variable, se procedió a medir los cambios del índice de área vegetal durante el periodo bajo análisis. El Índice de Área Vegetal (IAV) se estimo con un LAI-meter 2000 (Plant Canopy Analyzer) y procesado por medio del software LAI-2000 File Viewer 1.0. El LAI-meter 2000 fue aplicado en cada parcela según la calibración propuesta por (Kalacksca et al., 2004) en función de la altura dominante del dosel (Figura 6).
3.2.5.2 . Cobertura de Copas: La cobertura de copas se midió por medio de un Densiómetro Esférico Modelo C (Robert E. Lemmon, Forest Densiometers). Esta variable se evaluó en cada parcela. Se utilizaron los centros de las 10 sub-parcelas para medir el porcentaje de cobertura de copas en las direcciones Norte, Sur, Este y Oeste (Figura 7).
3.2.5.3 . Índice de Complejidad de Holdridge: El Índice de Complejidad de Holdridge es un factor utilizado para describir numéricamente la estructura de los bosques tropicales. Este índice integra los valores de área basal, densidad, altura dominante y densidad de especies (Cuadro 1), aportando un índice que describe la complejidad estructural de un ecosistema determinado (Holdridge, 1967).
Fuente: (Kalacska et al., 2004)
Nota: A, estadio temprano; B, estadio intermedio; C, estadio maduro o tardío.
Figura 6. Diseño de muestreo para la medición del IAV en tres estadios sucesionales de bosque seco tropical empleando el LAI-meter 2000.
3.3 Colecta de datos
El periodo bajo análisis se ubicó dentro de la estación lluviosa del año 2009 (Agosto-Noviembre). La colecta de datos se realizó diariamente. Para estimar la precipitación de copas se registró el volumen contenido en 24 horas de recolección en cada pluviómetro dentro del bosque. El flujo de fustes fue registrado por medio de medidores automáticos de precipitación (Wired Rain Gauge WS-7048) y convertidos en lámina por medio del área de copa de cada uno de los árboles.
Todos los colectores de agua (cielo abierto, copa, mantillo y flujo caulinar) se midieron empleando una probeta de 250 ml (± 1ml) y una más pequeña de 15ml (± 1ml) para los eventos menores a 5mm. Las lecturas se realizaron de 5:00am a 8:00am. En el caso de los colectores de precipitación de copas, estos se reubicaron al azar cada 5 eventos medidos
para mejorar la estimación del error (Skau, 1964; Loyd y Marques, 1988; Tobón-Marin et al., 2000).
20 m
50 m
Figura 7. Diseño de muestreo para la medición de la cobertura de copas con el Densiómetro Esférico Modelo C en los tres estadios de bosque sucesional seleccionados.
3.4 Análisis de datos
3.4.1 Estructura y Composición Florística
La composición de especies, el Índice de Valor de Importancia [IVI] (Lamprecht, 1990), el Índice de Diversidad de Shannon [H’] (Magurran 2004, Krebs 1999) y el Coeficiente de Similitud de Jaccard [Cj] (Krebs, 1999) fueron utilizados para describir la composición florística de las parcelas. El análisis del IVI se basó en las especies con valores mayores a 10; mientras que el Cj fue aplicado en una matriz para las parcelas. La estructura de los sitios fue descrita por medio de la densidad de árboles (nha-1), altura dominante (m) y el Índice de Complejidad de Holdridge [ICH] (Holdridge, 1967). El cuadro 3 muestra algunos índices preliminares para aplicar a las parcelas bajo estudio, con la finalidad de enriquecer los análisis de datos.
3.4.2 Intercepción de precipitación
Para el análisis de la intercepción de la precipitación, se procedió a dividir los flujos de agua en tres segmentos: flujo de copas [Fc], flujo de fustes [Ff] y flujo de mantillo [Fm] (Ecuación 2). Por medio de esta segmentación se estimaron los porcentajes de flujos e intercepción por cada segmento estructural del bosque para los eventos de lluvia registrados durante el periodo de muestreo. Las tendencias lineales de los flujos respecto a la precipitación bruta fueron analizadas con la finalidad de modelar los flujos; para ello se consideró el procedimiento de regresión lineal propuesto por Tobón-Marín et al (2000).
Cuadro 3. Índices aplicados en el análisis de las parcelas establecidas en el estudio.
Índice Especificaciones c b a a CJ + + = 2
A: Especies presentes en ambas poblaciones. b: Especies en muestra “A” ausentes en muestra “B”. C: Especies en muestra “B” ausentes en muestra “A”.
( )
∑
= = s i i i P P H 1 ) (ln 'H’: Índice de Diversidad de Especies. S: Número de Especies
Pi: Proporción del total de la muestra relacionado a las especies.
1000
HGDS ICH =
H: Altura Dominante (m) G: Área basal (m2/0.1ha)
D: Densidad de individuos (No./0.1ha) S: Densidad de Especies (No./0.1ha)
(
)
∑
= A%,f%,D%
IVIesp IVImax=300%, A:Abundancia, f :frecuencia, D: Dominancia.
El volumen de agua registrado en los pluviómetros a cielo abierto, debajo del bosque y en los contenedores de mantillo, fue transformado a lámina por medio del área del embudo colector, en adelanto conocido como flujo laminar. El área de copas4 de cada uno de los árboles muestreados para el escurrimiento de fuste se consideró como el área de colecta de lluvia (Rothacher, 1963); para estimar esa área se procedió a obtener un radio medio de copa
en base a seis radios medidos desde el tronco hasta el borde de la copa. El promedio de flujo laminar de todos los árboles fue considerado como el flujo de fustes (Fc) de cada la
parcela. El aporte del flujo de mantillo (Fm), se evaluó por medio del promedio de
intercepción de cada uno de los colectores distribuidos en el piso forestal (3 repeticiones x 3 colectores, n=9). La ecuación 2 resume el procedimiento para determinar la intercepción de la lluvia, en ella se observan los cuatro componentes principales arriba mencionados.
)
)
((
c m f b pP
P
I
F
I
=
−
−
+
Ip = Intercepción de la precipitación Pb = Precipitación bruta Pc = Precipitación de copas Fc = Flujo de fuste Fm= Flujo de mantillo Ecuación 2 3.4.3 Análisis EstadísticoLos modelos para estimar el flujo de mantillo, el flujo de fustes y el flujo de copas fueron realizados; valorando la precisión de la estimación del coeficiente de precipitación de copas por medio del error de muestreo para cada evento. Para esto se emplearon las fórmulas del coeficiente de variación, error de muestreo y tamaño de muestra (Cuadro 4).
Los porcentajes de intercepción (Pc Fc y Fm) se compararon entre los estadios sucesionales
en estudio, con la finalidad de determinar si existen diferencias significativas en la intercepción de precipitación total. Las relaciones entre estructura e intercepción fueron analizadas por medio de un análisis de correlación entre los porcentajes de intercepción; y el índice de área vegetal, el índice de complejidad de Holdridge y el índice de diversidad de especies de Shannon. Todos los análisis estadísticos fueron realizados con los software: Statistica 6.0 (Statsoft, 2003) y Microsoft ® Office Excel 2003.
Los tres componentes en los que fue segmentada la intercepción fueron analizados individualmente antes de realizar la evaluación entre tipos de bosque. Se estimaron los
porcentajes de flujos para cada una de las variables (flujo de copas, flujo de fustes y flujo de mantillo) en función de la precipitación bruta para cada evento registrado.
El análisis estadístico se basó en un Análisis de Covarianza con una p = 0,05; donde la precipitación bruta funge como covariable y el estado de sucesión como elemento de análisis. Bajo este diseño se valoraron las diferencias estadísticas mostradas por los porcentajes de flujos de precipitación (copas, fustes, mantillo y total). Cuando se observaron diferencias estadísticas se aplicó un test de Fisher LSD para encontrar los grupos homogéneos.
Cuadro 4. Ecuaciones de coeficiente de variación (CV%), error de muestreo (E(1-α) y E%(1-α))
y tamaño de muestra (n) utilizadas para valorar la precisión en la estimación del coeficiente de precipitación de copas del bosque secundario.
CV % E (1-α) E% (1-α) N
CV% = S * 100
Y
E
(1-α)= Sy * t
α/2,n-1E%
(1-α)= E
(1-α)*
100
Y
n = t
2(CV)
2E%
2Nota: E = error de Muestreo; Sy = error estándar, Y = promedio; 1 – α = nivel de confianza
(5%) en este estudio); t = t de student. Tomado de Ortiz y Carrera (2002).
Resultados
4.1 Estructura y Composición Florística
La composición florística de los estadios sucesionales seleccionados muestra una amplia variabilidad con respecto a las especies presentes. Tanto el estadio temprano e intermedio acumulan más del 250% del IVI en las primeras 10 especies, mientras que el estadio tardío mantiene menos de un 200% en las primeras 10 especies (Cuadro 5).
R. trinervis domina el estadio temprano e intermedio con valores de IVI similares (≈ 120%),
desapareciendo completamente en el estadio tardío; esta dominancia es dada por su alta área basal y densidad. No obstante, C. vitifolium muestra una densidad, frecuencia y área basal superiores al 20%, ubicándose como la segunda especie en dominancia del estadio temprano (76,09%), quien pasa a la catorceava posición en el intermedio (5,61%) y desaparece en su totalidad en el tardío. Semialarium mexicanum muestra una amplia movilidad entre estadios [tem.: 5to; int.: 2do; tar.: 7mo]5 (Cuadro 5).
A excepción de R. trinervis, las especies de mayor IVI del estadio intermedio son especies poco dominantes en los otros dos estadios. Se observa claramente el aumento de IVI de Semialarium mexicanum, quien muestra una alta frecuencia y densidad, siendo una especie de amplia distribución en este estadio al igual que Acacia collinssi. Gliricidia sepium, Dalbergia retusa y Genipa americana presentan una buena distribución sobre la parcela debido a sus valores de frecuencia, mientras que Bursera simarouba tiene un área basal de importancia en este estadio6 (Cuadro 5).
De las 10 especies dominantes del estadio tardío, la única que esta presente como especie de importancia en los otros estadios es Semialarium mexicanum. Sebastiana emerus domina el estadio tardío (61,4 %), principalmente por su alta densidad de individuos en el bosque. Una especie importante es Lysiloma divaricatum, que si bien presenta pocos
5 Complementar con Anexos 2 y 5. 6 Complementar con Anexos 3 y 5.
individuos y una baja frecuencia, su gran área basal le permite dominar el espacio sobre la parcela7 (Cuadro 5). Las cinco especies de mayor importancia del estadio tardío, no se encuentran reportadas en las otras dos estructuras de bosque sucesional analizadas.
Cuadro 5. Índice de Valor de Importancia para las 10 especies con mayor valor de IVI en los tres estadios de sucesión en el Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica.
Temprano Intermedio Tardío
Especie IVI Especie IVI Especie IVI
Rhedera trinervis 120,35 Rhedera trinervis 130,31 Sebastiana emerus 61,4
Cochlospermum
vitifolium 76,09 Semialarium mexicanum 39,43 Exostema mexicanum 28,07 Byrsonima crassifolia 17,34 Gliricidia sepium 18,92 Lysiloma divaricatum 20,98
Acacia collinssi 17,04 Dalbergia retusa 18,80 Luehea candida 14,05
Semialarium mexicanum 15,32 Genipa americana 13,80 Manilkara sapota 13,65
Crescentia sujete 14,23
Lonchocarpus
minimiflorus 11,34 Ardisia pitieri 13,23
Swietenia microphylla 7,44 Machaerium biovulatum 10,98
Semialarium
mexicanum 11,65
Cordia guanacastensis 7,13 Bursera simarouba 9,46 Eugenia oerstediana 10,97
Machaerium biovulatum 6,18 Dyospirus salicifolia 7,86 Casearia sylvestris 10,44
Pisonia aculeata 5,23 Tabebuia ochracea 7,63 Astronium graveolens 8,03
Subtotal 10 especies 286,35 Subtotal 10 especies 268,53 Subtotal 10 especies 192,47
Otras especies [ 3 ] 13,65 Otras especies [ 7 ] 31,47 Otras especies [ 35 ] 107,53
Estas diferencias en la distribución de especies entre estadios sucesionales pueden ser observadas por medio de la similitud de especies entre estadios. Utilizando el coeficiente de similitud de Jaccard [Cj]8, se logra ver un valor de 0,55 entre el estadio temprano e intermedio; lo que implica que ambos bosques comparten más de la mitad de las especies; mientras que el porcentaje de especies compartidas entre el temprano y tardío es menor a un 10%. La relación observada entre el intermedio y tardío es de 0,28, implicando que las especies presentes en ambas estructuras es mayor a una cuarta parte (Figura 8). Con lo anterior, se logra destacar como al avanzar en la sucesión de bosques la dinámica de especies aumenta, creando las diferencias en su composición florística.
7 Complementar con Anexos 4 y 5. 8 Cuyo rango oscila entre 0 – 1.
Temprano Intermedio Tardío
Temprano 1,00 - - - -
Intermedio 0,55 1,00 - -
Tardío 0,08 0,28 1,00
Figura 8. Representación matricial de los coeficientes de similitud de Jaccard [Cj] para tres estadios de sucesión de de Bosque Seco Tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica.
La distribución de la densidad (n ha-1) en los tres estadios muestra el comportamiento de “J” invertida reportado para Bosques secos Tropicales (González-Jiménez, 2002; Spittler, 2002; Meza et al., 2002). El bosque temprano es el estadio que muestra el menor número de individuos en todas las categorías diamétricas, siendo la categoría 20-25cm la de mayor dimensión. El intermedio muestra el mayor número de individuos para las categorías 5-10cm y 15-20cm, con 20 n ha-1 en su categoría de mayor dimensión [30-35cm]. El estadio tardío muestra el mayor número de categorías diamétricas y las de mayor dimensión, con la presencia de las especies Lysiloma divaricatum y Quercus oleoides en 45-50cm y en 55-60cm de diámetro (Figura 9). 0 250 500 750 1000 1250 1500 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 Categoría Diamétrica (cm) D e n s id a d ( n h a -1 ) Temprano Intermedio Tardío
Figura 9. Distribución de la densidad (n ha-1) por categoría diamétrica para tres estadios de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica.
Algunas diferencias estructurales de los tres bosques seleccionados son resumidas en el cuadro 4. El índice de diversidad de especies de Shannon [H’] muestra al bosque tardío como el más diverso, seguido por el temprano. El bosque intermedio se considera en base a este índice como menos diverso debido a que el número de especies en función de la densidad de individuos es menor que los otros dos estadios (Cuadro 6).
El Índice de Complejidad de Holdridge [ICH] al integrar variables dasométricas y florísticas, muestra al estadio temprano como una estructura de bosque poco desarrollada; el estadio intermedio incrementa su complejidad en más de 70 unidades, mientras que el estadio tardío es un ecosistema muy complejo que supera a ambos estadios en más de 300 unidades. El Índice de Área Vegetal [IAV] es una variable que aporta un valor de la cobertura vegetal que hay sobre el piso forestal. Este índice tiene un comportamiento similar al del ICH, incrementando el valor conforme se pasa de un estadio menos complejo (Temprano) a otros de mayor estructura tales como el intermedio y tardío; mientras que el porcentaje de cobertura de copas [CC] aumenta significativamente con respecto al estadio sucesional, solo el estadio temprano difiere estadísticamente (p=0,0000) del estadio intermedio y tardío (Cuadro 6).
Para los estadios muestreados, la cantidad de biomasa de mantillo presente en cada una de las parcelas difiere estadísticamente solo para el estadio temprano (p = 0,0000), el cual presenta una biomasa de 180,17gm-2, mientras que los otros dos estadios presentan una diferencia menor a 100gm-2 (Cuadro 6).
4.2 Intercepción de Precipitación
La colecta de datos se realizó entre el 21 de Agosto del 2009 hasta el 1 de Noviembre del 2009, para un total de 59 días de muestreo dentro de la estación lluviosa del Parque Nacional Santa Rosa. El total de precipitación a cielo abierto registrada varió entre parcelas; la parcela temprana registró 327,22mm; el estadio intermedio 272,06mm y el tardío 471,29mm; conformando un 20,2%, 16,8% y 29,1% respectivamente de la precipitación
media anual reportada por la Estación Meteorológica del Parque Nacional Santa Rosa [1619,54mm]9 (Fuente: base de datos digital del Parque Nacional Santa Rosa).
Cuadro 6. Índice de Shannon [H’], Índice de Complejidad de Holdridge [ICH], Índice de Área Vegetal [IAV], Cobertura de Copas (CC) y Biomasa de Mantillo [B.M.] para tres estadios sucesionales de Bosque seco tropical en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica.
Estadio H’ ICH IAV
(m2 m-2) CC (%) B.M. (g m-2) Temprano 1,86 4,17 1,54 c 28.97 b 180,17 b Intermedio 1,82 82,99 4,30 b 88.69 a 494,06 a Tardío 2,81 413,88 6,31 a 91.99 a 399,09 a
Nota: Letras diferentes en la misma columna representan diferencias significativas (p=0,05)
El flujo de copas para todos los estadios sucesionales en función de la precipitación bruta presentan tendencias lineales significativas (p<0,0000)10; incrementando el flujo de copas conforme se incrementa la precipitación bruta (Figura 10). El análisis estadístico refleja que la intercepción con el “Eje y” no es estadísticamente significativa para todos los estadios, razón por la cual se puede igualar esta a “0”; considerando esto se puede tomar a la pendiente de la regresión lineal como el porcentaje de “Flujo de Copas” para cada estadio, supuesto que ha sido confirmado por Tobón-Marin et al (2000) e incorporado por otros autores en ensayos realizados en Bosques Tropicales (Carvajal Vanegas, 2005; Jiménez Rodríguez, 2006; Oliveira et al, 2008; Moura et al, 2009; Oliveira Junior y Dias, 2005; Balieiro et al., 2007; entre otros). Las pendientes de las regresiones lineales de los estadios sucesionales disminuyen conforme se aumenta la estructura de los bosques [temprano > intermedio > tardío].
9 Precipitación Media Anual registrada desde mayo de 1980 hasta mayo del 2009. 10 Ver Anexo 6.
y = 0.9434x - 0.1268 R2 = 0.9978 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e C o p as ( m m ) Temprano 1:1 y = 0.7601x - 0.0545 R2 = 0.9858 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e C o p as ( m m ) Intermedio 1:1 y = 0.4464x + 0.0804 R2 = 0.9848 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e C o p a s (m m ) Tardio
1:1 Figura 10. Distribución del flujo de copas en
función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica.
El flujo de fustes muestra el mismo comportamiento de incremento conforme aumenta el tamaño de los eventos de lluvia registrados (Figura 11). Todas las regresiones son de grado tres y estadísticamente significativas (p< 0,00001) con respecto a la precipitación bruta como variable independiente. Todos los coeficientes de regresión R2
ajustado son mayores a 0,90 sin
embargo, no todos los coeficientes de regresión son estadísticamente significativos11.
El estadio temprano es el que presenta el mayor flujo de fustes; todos los coeficientes de regresión son estadísticamente significativos (p< 0,05) a excepción de la intercepción con el
“Eje y”. El estadio tardío muestra el menor flujo de fustes, con solamente dos coeficientes
de regresión estadísticamente significativos (p<0,005). Por otra parte, el estadio intermedio muestra una amplia variación, en donde solo uno de los coeficientes de regresión es estadísticamente significativo12.
11 Complementar con Anexos 9, 10 y 11.
y = -2E-06x3 + 0.0001x2 + 0.0006x - 0.0003 R2 = 0.9832 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e F u st e (m m )
Temprano y = -5E-07x3 - 2E-05x2 + 0.0026x - 0.0004
R2 = 0.8404 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e F u st e (m m ) Intermedio y = 3E-07x3 - 2E-05x2 + 0.0005x - 0.0002 R2 = 0.9123 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e F u st e (m m ) Tardio
Figura 11. Distribución del flujo de fustes en función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica.
Los flujos de mantillo tienen tendencias lineales significativas (p=0,0000) respecto a la precipitación bruta, con los coeficientes de determinación R2ajustado superiores a 0,9999.
Estas tendencias son dadas por la poca retención de agua realizada por el mantillo. Las intercepciones con el “Eje y” son estadísticamente igual a cero13, mientras que las pendientes de las ecuaciones son significativas (p=0,0000).
Los porcentajes de intercepción total y de los tres segmentos que lo conforman mostraron diferencias estadísticas significativas (p<0,05). La intercepción total se incrementa con el aumento de la estructura de los estadios sucesionales: el estadio temprano muestra la menor intercepción total (20,96%), seguido por el intermedio (40,99%) y el tardío (55,87%); tendencia que se observa para la precipitación de copas (Cuadro 6), la cual conforma mas del 95% de la intercepción total para el estadio intermedio y el tardío mientras que para el estadio temprano conforma el 90% de la intercepción total.
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A excepción de la intercepción de mantillo del estadio temprano, los flujos de fustes y la intercepción de mantillo son menores a un 1%. Las diferencias estadísticas del flujo de fustes muestran al estadio intermedio como el ecosistema que moviliza la mayor cantidad de agua (0,14%), seguido por el temprano (0,08%) y el tardío (0,02%), todos difieren entre sí. La intercepción del mantillo solamente difiere estadísticamente (p<0,05) entre el temprano y los otros dos estadios; mostrando el estadio más joven la mayor intercepción de mantillo (2,02%). y = 0.9883x - 0.0154 R2 = 0.9998 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e M a n ti llo ( m m ) Temprano y = 0.9973x - 0.0073 R2 = 0.9999 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e M a n ti llo ( m m ) Intermedio y = 0.99718x - 0.00971 R2 = 0.99998 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Precipitación Bruta (mm) F lu jo d e M a n ti llo ( m m ) Tardio
Figura 12. Distribución del flujo de mantillo en función de la precipitación bruta observada para tres estadios sucesionales de Bosque Seco Tropical. Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica.
Discusión
5.1 Intercepción de precipitación versus Estadios sucesionales
La lluvia es la principal entrada de agua en los bosques secos y húmedos tropicales (Murphy y Lugo, 1986; Bruijnzeel, 1997), la cual en su movimiento hacia el suelo es interceptada por el dosel del bosque (hojas, ramillas y ramas), evaporándose y escapándose del ecosistema (Bruijnzeel, 1997). El cuantificar estas pérdidas por intercepción es indispensable para calcular el balance hídrico de un sitio o región (Huber y Oyarzun, 1990) y para ello es indispensable considerar los principales factores que determinan la intercepción de lluvia en los bosques. El tipo y distribución de lluvias, tipo de bosque, condiciones climáticas y el estado vegetativo del ecosistema (Federov y Rogotskaya, 1971; Huber y Oyarzun, 1990; Calvo-Alvarado, 1999) son variables que ayudan en su determinación.
Las diferencias florísticas y estructurales de los tres estadios de bosque secundario analizados en este estudio (Cuadro 7), muestran un aumento en las variables ICH, IAV y CC con la siguiente tendencia:
Tardío Intermedio
Temprano< <
Por esta razón, se esperaría que los valores de intercepción de precipitación aumenten conforme se avance el estadio sucesional del bosque, hecho que ha sido registrado en bosques de Pinus strobus L. en regiones templadas, en donde conforme el bosque crece, la lluvia interceptada por las hojas y ramas aumenta (Helvey, 1967; Ford y Deans, 1978).
Los ANCOVAs realizados para las diferentes secciones en que se segmentó la intercepción de precipitación muestran diferencias significativas (p=0,0000). El flujo de copas y la intercepción de lluvia por parte del dosel varían conforme se pasa de un ecosistema menos complejo a uno más complejo. El flujo de copas disminuye cuando el ICH aumenta, lo que es ocasionado por el aumento en el número de especies y por las variaciones en la densidad de los bosques y la estructura horizontal y vertical de los mismos (Cuadro 7).
